JPWO2003047312A1 - セラミックヒータ - Google Patents

Abstract

本発明は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が設けられたセラミックヒータであって、その抵抗発熱体は、導電性セラミックからなるとともに、その抵抗発熱体の少なくとも表面には焼結助剤含有層が存在することを特徴とするものである。このヒータは、急速な昇温を伴うときでもクラックの発生がなく、加熱の均一化、昇温速度の迅速化に効果があり、静電チャックやプラズマ発生装置を含む半導体製造検査装置、光学装置などの産業分野において用いられるものである。

Description

技術分野
本発明は、セラミックヒータに関し、特に、半導体製品の製造や検査装置に用いられる半導体製造・検査装置用セラミックヒータ、光学機器の分野などにおいて用いられセラミックヒータについての提案である。
背景技術
エッチング装置や化学的気相成長装置等を具える半導体製造・検査装置等は、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用いたヒータが用いられていた。
ところが、このような金属製のヒータは、以下のような問題があった。それは、金属製であるため、ヒータ板の厚みは、１５ｍｍ程度と厚くしなければならない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨張により、反り、歪み等が発生していまい、金属板上に載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしまうからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くすると、ヒータの重量が重くなり、また、嵩張るという問題があった。
これに対し、従来、特開平９−４８６６８号公報などに開示されているようなセラミックヒータが提案された。このセラミックヒータは、窒化アルミニウム基板にタングステンが埋設されているヒータである。しかしながら、タングステンは金属であり、セラミックと金属とでは熱膨張率差が大きく、急速昇温するとクラックが発生しやすいという問題があった。
さらに、特開平８−３０６６２９号公報、特開平１１−１６２６２０号公報、特開平１１−２５１０４０号公報では、熱膨張係数がセラミックに比較的近い真空性セラミックスであるタングステンカーバイドを抵抗発熱体に使用したセラミックヒータが提案されている。
また、特開平９−４０４８１号公報においては、窒化ホウ素の表面に熱分解性カーボンからなる抵抗発熱体を形成し、さらに窒化ホウ素で被覆する技術を開示している。
ところが、これらのヒータでは、抵抗発熱体とセラミックとの界面に不可避に気孔が発生し、この気泡のために、抵抗発熱体からセラミック基板加熱面への熱伝達に遅れが生じるだけでなく、温度分布の不均一を招くという問題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、急速な昇温を行う場合であっても、セラミック基板にクラックが発生せず、抵抗発熱体とセラミック基板とを一体化することにより、抵抗発熱体とセラミック基板の加熱面との間で温度差や熱伝達の時間遅れがほとんどないセラミックヒータを得ることを目的とするものである。
また、本発明の他の目的は、導電性セラミックを抵抗発熱体として使用した場合でも加熱面の温度均一性を改善できるようにすることにある。
発明の開示
半導体製造・検査装置等の分野で用いられる本発明のセラミックヒータは、その内部に設けられた抵抗発熱体が、導電性セラミックからなるとともに、その抵抗発熱体の表面には焼結助剤含有層が存在することを特徴とするものである。
本発明では、導電性セラミックからなる抵抗発熱体が上述した構成を有することから、熱膨張率がセラミック基板とほとんど同じであり、たとえ急速な昇温を行う場合であっても、セラミック基板にクラックが発生するようなことがない。しかも、抵抗発熱体の表面に焼結助剤層が付着していることから、抵抗発熱体とセラミック基板とが一体化したものとすることができる。従って、抵抗発熱体表面の熱を効率よくセラミック基板の加熱面まで伝達することができるようになると共に、抵抗発熱体とセラミック基板の加熱面との間での温度差がほとんどなくなる。
このため、急速昇温時であっても、抵抗発熱体の温度とセラミック基板の加熱面の温度とをほぼ同一にすることができる。
さらに、本発明において前記抵抗発熱体は、導電性セラミックのグリーンシートを焼結して形成してなることが好ましく、またこの抵抗発熱体はその厚さのばらつきが平均厚さの±１０％以内にすることが好ましい。即ち、本発明においては、抵抗発熱体の製作に当たり、スクリーン印刷などを実施すると、印刷の厚さにばらつきによって、厚さにばらつきが生じてしまう。即ち、導電性セラミックは、体積抵抗率（比抵抗率とも呼ばれる）が金属よりも高いことから、この厚さばらつきの影響が顕著に生じてしまう。このため、本発明では、印刷ではなく導電性セラミックからなるグリーンシートを使用し、これを焼結することにより抵抗発熱体としたのである。
この発明ではまた、予め厚さばらつきを±１０％以内に調整した導電性セラミックのグリーンシートを焼結しているため、印刷の場合と異なり、厚さのばらつきがほとんどない。このため、抵抗値にばらつきが発生することがなく、加熱面の温度均一性に優れるのである。
本発明では、グリーンシートを焼結させた導電性セラミックの少なくともその表面には、焼結助剤含有層が存在することが必要である。
上述したように、このことによって抵抗発熱体とセラミック基板とを一体化することができ、抵抗発熱体の表面の熱をそのままセラミック基板の加熱面に迅速に伝達することができる。そのため、抵抗発熱体とセラミック基板の加熱面との間では温度差がほとんどないものとなる。
また、上記導電性セラミックは、導電性の炭化物や窒化物のセラミック、または、炭素質材料から選ばれる少なくとも１種以上であることが望ましい。上記炭化物としては、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイド、上記窒化物としては、窒化チタンを使用することができる。
これらの中では、炭素質材料が最適である。タングステンカーバイドやモリブデンカーバイドなどは、高温で体積抵抗率が高くなり、発熱量が減少するが、炭素質材料の場合は、抵抗発熱体の温度上昇に伴って上記抵抗発熱体の体積抵抗率が高くなることがなく、上記セラミックヒータを高温に加熱することができ、高温においても充分に発熱するからである。また、抵抗発熱体の温度上昇に伴って上記抵抗発熱体の体積抵抗率が高くなることがないため、印加電圧を途中で変化させる必要がない。
さらに、上記抵抗発熱体はセラミック基板の内部に設けられており、直接空気と接触することがなく酸化されることがないため、抵抗発熱体を高温に加熱してもその抵抗値が変化したり、消失したりすることがない。
上記焼結助剤は、酸化イットリウムまたは酸化イッテルビウムであることが望ましい。その理由については、後述する。
上記セラミックヒータは、上記セラミック基板の内部に、さらに、静電電極が形成され、ヒータ付き静電チャックとして機能することが望ましい。静電チャックも、半導体ウエハ等の被処理物を加熱して使用されることが多いからである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明は、この例示のものだけに限定されることはない。
本発明は、セラミック基板の内部に抵抗発熱体が設けられた、主として半導体製造・検査装置などに用いられるセラミックヒータであって、上記抵抗発熱体は、導電性セラミックからなるとともに、その抵抗発熱体の表面には焼結助剤含有層が存在することを特徴とするものである。
図１は、本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示す平面図であり、図２は、図１に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。
図１に示したとおり、本発明のセラミックヒータ１０は、円板形状に形成されたセラミック基板１１の内部の外周寄りの位置に、円周方向で複数に分割された屈曲線の繰り返しパターンからなる抵抗発熱体１２ａ〜１２ｈと、その内側に、同様の屈曲線の繰り返しパターンからなる抵抗発熱体１２ｉ〜１２ｌと、さらにその内側に、同心円形状からなる抵抗発熱体１２ｍ〜１２ｐとを配置してなる抵抗発熱体１２が埋設されたものである。そして、これら抵抗発熱体１２ａ〜１２ｐの両端部には、入出力の端子となる断面視Ｔ字型の外部端子１３がスルーホール１３０を介して接続されている。
前記セラミック基板１１は、その中央に近い部分に、リフターピン１６を挿通させるための貫通孔１５が形成されており、該基板１１の底面には、測温素子を取付けるための有底孔１４が形成されている。
前記リフターピン１６は、その上に半導体ウエハ３９等の被処理物を載置して上下させるものであり、これにより、半導体ウエハは、リフターピン１６の作用により、図示しない搬送機に引き渡したり、搬送機から半導体ウエハを受け取ったりすることができるとともに、半導体ウエハをセラミック基板１１の加熱面１１ａに載置して加熱したり、半導体ウエハを加熱面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で支持して、加熱するのに用いられるものである。
また、半導体ウエハの加熱は、セラミック基板１１に貫通孔や凹部を設け、この貫通孔または凹部に、尖頭状または半球状の先端部を有する支持ピンを取付けた後、該支持ピンをセラミック基板１１よりわずかに突出させた状態とし、、この支持ピンで半導体ウエハを支持することにより、加熱面から５０〜２０００μｍ離間させた状態で行ってもよい。
前記抵抗発熱体１２は、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイド、炭素質材料等の導電性セラミックからなるものを用いる。この抵抗発熱体１２は、多孔質体であることが望ましい。
ところで、本発明において最も重要な構成は、前記抵抗発熱体１２の少なくともその表面に、該抵抗発熱体１２が埋設されているセラミック基板１１を構成しているセラミック材料の焼成に有効に作用する焼結助剤を塗布などして存在させたことである。
図２は、抵抗発熱体１２の拡大断面図である。この図からわかるように、抵抗発熱体１２の外周部には、焼結助剤の層、即ち焼結助剤含有層２４が形成されている。
このように、抵抗発熱体１２の少なくともその表面（相当内部まで浸透したものであってもよい）に、焼結助剤含有層２４を設けることにより、抵抗発熱体１２表面に発生するおそれのある気孔中にこの焼結助剤を浸透させて充填し、このことにより抵抗発熱体１２とセラミック基板１１とを、その境界に気孔を発生させることなく、構造的に一体化させる。その結果、前記境界付近において、熱伝導率が均一化すると共に、抵抗発熱体とセラミック基板加熱面との間で、昇温の遅れや不均一をなくすことができる。その結果、抵抗発熱体１２の温度制御特性（応答性）が向上し、抵抗発熱体からセラミック基板１１の加熱面１１ａへの熱伝導を迅速に反映させることができる。
前記抵抗発熱体１２としては、例示の材料の中では、炭素質材料を用いることが好ましい。炭素質材料は、温度上昇に伴って体積抵抗率が低下する傾向があり、このような炭素質材料からなる抵抗発熱体１２は、高温に発熱させても体積抵抗率が高くなることがないため、高温でも充分に発熱し、急速な昇温が可能である。
前記炭素質材料としては、例えば、グラファイト、ガラス状カーボン、熱分解炭素等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記焼結助剤としては、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、希土類元素の酸化物、炭化ホウ素、炭素などの他、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化ルビジウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウムなどが使用できる。焼結助剤の酸素は、このような希土類元素の酸化物によって供給してもよい。また、このような焼結助剤を溶液とし、あらかじめ板や箔の形状に成形した導電性セラミック表面に塗布してもよく、導電性セラミックの成形時に混合してもよい。
本発明では、抵抗発熱体として、導電性セラミックのグリーンシートを焼結したものを用いることができる。導電性セラミックのグリーンシートは厚さの均一性に優れることから、このグリーンシートを焼結させて製造した抵抗発熱体は、その厚さのばらつきを±１０％以内に抑制することができる。このため、加熱面の温度均一性を向上させることができる。
抵抗発熱体１２のパターンとしては、図１に示した屈曲線の繰り返しパターンと同心円形状のパターンとからなるもののほか、渦巻き形状、偏心円形状、同心円形状と屈曲線形状との組み合わせなどを挙げることができる。
また、この抵抗発熱体１２は、厚さや幅を変化させることにより、その抵抗値を変化させることができるが、その範囲は、１〜５０００μｍが実用的で望ましい。なお、抵抗発熱体１２の抵抗値は、その厚さが薄く、その幅が狭くなるほど大きくなる。例えば、抵抗発熱体１２の形態としては、断面が方形、楕円形、紡錘形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであることが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面への熱伝搬量を多くすることができ、加熱面の温度分布ができにくいからである。この抵抗発熱体１２は螺旋形状でもよい。
セラミックヒータ１０において、抵抗発熱体１２からなる回路の数は１以上であれば特に限定はないが、加熱面を均一に加熱するためには、複数の回路に分割して形成することが望ましい。
抵抗発熱体１２は、これをセラミック基板１１の内部に埋設する際、その形成位置は特に限定されないが、セラミック基板１１の底面からその厚さ方向の６０％までの位置に少なくとも１層形成することが好ましい。このような埋設位置では、加熱面１１ａまで熱が伝搬する間に拡散しやすく、加熱面１１ａでの温度が均一になりやすいからである。
セラミック基板１１の材料としては、例えば、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等のセラミックが挙げられる。これらの中では窒化物セラミックであることが望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適である。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高いからである。
セラミック基板１１は、明度がＪＩＳ Ｚ ８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のものであることが望ましい。このような明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからである。また、このようなセラミック基板から構成されるホットプレートは、サーモビュアにより、正確な表面温度測定が可能となる。
ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で表示したものである。
そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点１位は０または５とする。
このような特性を有するセラミック基板１１は、基板中にカーボンを５０〜５０００ｐｐｍ含有させることにより得られる。カーボンには、非晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボンは、基板の高温における体積抵抗率の低下を抑制することでき、結晶質のカーボンは、基板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができるため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボンの種類を選択することができる。
非晶質のカーボンは、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏだけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空気中で焼成することにより得ることができ、結晶質のカーボンとしては、グラファイト粉末等を用いることができる。また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気下で熱分解させた後、加熱加圧することによりカーボンを得ることができるが、このアクリル系樹脂の酸価を変化させることにより、結晶性（非晶性）の程度を調整することもできる。
本発明に適合するセラミック基板１１の平面形状は、図１に示したような円板形状が好ましく、その直径は、２００ｍｍ以上のものが好ましく、２５０ｍｍ以上ものに適用したときにとりわけ効果が顕著である。それは、円板形状のセラミック基板１１は温度の均一性が要求されるが、直径の大きな基板ほど温度が不均一になりやすいからである。
セラミック基板１１の厚さは、５０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。また、１〜５ｍｍが最適である。上記厚さが薄すぎると、高温で加熱する際に反りが発生しやすく、一方、厚過ぎると熱容量が大きくなりすぎて昇温降温特性が低下するからである。
また、セラミック基板１１の気孔率は、高温での熱伝導率の低下、反りの発生を抑制するために、０または５％以下のものが好ましい。上記気孔率はアルキメデス法により測定する。
前記抵抗発熱体１２の端部の真下には、スルーホール１３０を形成する。そして、このスルーホール１３０とセラミック基板１１の底面との間には袋孔１９０を形成し、スルーホール１３０を外部に導出できるようにする。そして、この袋孔１９０内には、外部端子１３を挿入され、半田やろう材（図示せず）等を介してスルーホール１３０と電気的に接続させる。
スルーホール１３０は、タングステン、モリブデン等の金属、または、これらの炭化物等からなり、その直径は０．１〜１０ｍｍが望ましい。この直線は、断線を防止しつつ、クラックや歪みを防止することができるからである。前記袋孔１９０は、その大きさとしては特に限定されないが、外部端子１３の頭の部分を挿入することができる程度の大きさであればよい。
前記外部端子１３の材料としては、例えば、ニッケル、コバール等の金属を用いることができ、その形状は断面視Ｔ字型のものが望ましい。また、その大きさは、使用するセラミック基板１１の大きさ、抵抗発熱体１２の大きさ等によって適宜調整されるため特に限定されないが、軸部分の直径は０．５〜５ｍｍ、軸部分の長さは１〜１０ｍｍ程度であることが望ましい。そして、このような外部端子１３には導電線を有するソケットが取り付けられ、この導電線は電源等と接続される。
前記有底孔１４内には、リード線を有する熱電対等の測温素子が装着され、耐熱性樹脂、セラミック（シリカゲル等）等を用いて封止される。この有低孔１４中に取付けられた熱電対等の測温素子は、抵抗発熱体１２の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、電流量を変えて、本発明のセラミックヒータ１０の温度制御するために用いられる。
上記熱電対のリード線の接合部位の大きさは、各リード線の素線径と同一か、もしくは、それよりも大きく、かつ、０．５ｍｍ以下がよい。リード線をこのような形状にすることによって、リード線は接合部分での熱容量が小さくなり、温度を正確かつ迅速に電流値に変換できるるのである。このため、温度制御性が向上して半導体ウエハ３９の加熱面１１ａの温度分布が小さくなるのである。
上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対が挙げられる。上記熱電対の他に、本発明のセラミックヒータ１０の測温手段としては、例えば、白金測温抵抗体、サーミスタ等の測温素子が挙げられるほか、サーモビュア等の光学的な手段を用いた測温手段も挙げられる。上記サーモビュアを用いた場合には、セラミック基板１１の加熱面１１ａの温度を測定することができるほか、半導体ウエハ３９等の被加熱物表面の温度を直接測定することができるため、被加熱物の温度制御の精度が向上する。
このようなセラミックヒータ１０は、通常、支持容器に配設された状態で使用される。図３は、このような支持容器にセラミックヒータ１０を配設した様子を模式的に示す断面図である。図において、支持容器２０は、ほぼ有底円筒形状の遮熱部材２６と、その上部に載置された断面視Ｌ字型の支持部材２１とから構成されており、支持部材２１には、セラミック基板１１が嵌合された断面視Ｌ字型の断熱リング２５が嵌め込まれている。また、セラミック基板１１はボルト２８および押え用金具２７を用いて支持部材２１および遮熱部材２６に固定されている。
この図３には、セラミック基板１１の内部に形成された抵抗発熱体１２の拡大断面図が記載されている。この図からわかるように、抵抗発熱体１２の外周には、焼結助剤含有層２４が形成されている。なお、上記以外の抵抗発熱体１２の断面については、焼結助剤含有層２４の記載を省略して図示した。
セラミック基板１１の貫通孔１５が形成された部分には、貫通孔１５に連通するガイド管２２が設けられている。また、遮熱部材２６の底板部分には複数の冷媒供給管２９が配設されるとともに、この冷媒供給管２９から支持容器２０の内部に供給した冷媒を外部に排出する冷媒排出口２６ａが複数個設けられており、加熱したセラミックヒータ１０を迅速に冷却することができるようになっている。
このような支持容器２０の内部で、セラミック基板１１の抵抗発熱体１２に接続された外部端子１３は、ソケット１９を介して導電線１８と接続され、この導電線１８は、遮熱部材２６の底板部分から外部に引き出され、図示しない電源等に接続されている。また、有底孔１４内に挿入された測温素子１７に接続されたリード線１６０も、遮熱部材２６の底板部分から外部に引き出され、図示しない外部制御装置等に接続されている。
ところで、このような構造の支持容器２０は、その内部が完全に密封された状態ではないため、セラミック基板１１の上部にシリコンウエハ３９等の被処理物を載置して反応性ガスやハロゲンガスをシリコンウエハ３９に吹き付けると、支持容器２０の内部に上記反応性ガスやハロゲンガスが侵入してくることがある。
しかしながら、外部端子１３、導電線１８およびソケット１９は、上記反応性ガスやハロゲンガス等に曝されると腐食されてしまうため、上記反応性ガスやハロゲンガスが、外部端子１３、導電線１８およびソケット１９に直接接触しないような対策を施すことが望ましい。
このような対策としては、例えば、外部端子１３、導電線１８およびソケット１９をセラミック製の筒状体の内部に収容する方法を挙げることができる。
上記筒状体を構成するセラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、シリカ、ムライト、コージェライト、炭化珪素等の酸化物セラミック、窒化珪素、および、炭化珪素等を用いることができる。
また、その他の対策としては、例えば、外部端子１３、導電線１８およびソケット１９を耐腐食性に優れた樹脂等で被覆する方法であってもよい。
さらに、測温素子１７に接続されたリード線１６０は、碍子（図示せず）の内部に収容し、反応性ガスやハロゲンガス等が直接接触しないようにすることが望ましい。上記リード線が腐食されて、断線すること等を防止するためである。
従って、このような状態で支持容器２０に配設されたセラミックヒータ１０は、外部端子１３、導電線１８、ソケット１９およびリード線１６０がセラミック製の筒状体や碍子等で保護されているため、反応性ガスやハロゲンガス等に長期間曝され続けた場合であっても腐食されることはなく、耐腐食性に優れたものとなる。
本発明のセラミックヒータ１０は、１００℃で以上使用することが望ましく、２００℃以上で使用することがより望ましい。それは、抵抗発熱体１２の体積抵抗率が高温領域で高くなることがないため、印加電圧を高くしなくても発熱量が低下することがなく、さらに、抵抗発熱体１２が酸化されてその抵抗値が変化したり、消失したりすることもないからである。
本発明のセラミックヒータは、半導体の製造や検査を行う際、半導体ウエハ等を加熱するために用いられる装置であり、具体的には、半導体ウエハ等の被処理物をセラミック基板の表面に載置または離間させて保持し、所定の温度に加熱したり洗浄したりするために用いられる。
本発明のセラミックヒータのセラミック基板の内部に、さらに、静電電極が形成された場合には、ヒータ付き静電チャックとして機能する。
図４（ａ）は、このようなヒータ付き静電チャックを模式的に示す縦断面図であり、（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
このヒータ付き静電チャック３０では、セラミック基板３１の内部に、チャック正極静電層３２、チャック負極静電層３３が埋設され、これらチャック正負極静電層３２、３３にはスルーホール３６が設けられており、これらの静電電極上にセラミック誘電体膜３４が形成されている。また、セラミック基板３１の内部には、抵抗発熱体３２０が設けられ、半導体ウエハ３９等の被処理物を加熱することができるようになっており、この抵抗発熱体３２０の端部にスルーホール３６０が設けられている。
また、図４（ａ）には、セラミック基板３１の内部に形成された抵抗発熱体３２０の拡大断面図が記載されている。この図からわかるように、抵抗発熱体３２０の周縁部には、焼結助剤含有層３８が形成されている。なお、上記以外の抵抗発熱体３２０の断面については、焼結助剤含有層３８の記載が省略されている。
また、図示はしていないが、セラミック基板３１の底面にはスルーホール３６、３６０が露出するように袋孔を形成し、この袋孔に外部端子を挿入し、そして半田層等を介してスルーホール３６、３６０と接続してもよい。
なお、この例において、前記セラミック基板３１には、必要に応じて、ＲＦ電極を埋設してもよい。また、この例において、前記抵抗発熱体３２０は、上述したセラミックヒータ１０の抵抗発熱体１２と同様に、タングステンカーバイド、モリブデンカーバイド、炭素質材料等の導電性セラミックからなるものを用いることができる。こうした導電性セラミックからなる抵抗発熱体３２０は、多孔質体であることが望ましい。また、抵抗発熱体３２０の少なくともその表面には、このセラミック基板３１のセラミック材料を焼結させるのに有効な焼結助剤の層を有することが必要である。
このように、抵抗発熱体３２０の少なくともその表面に焼結助剤含有層を設ける理由は、上述したセラミックヒータの例で述べたとおりである。また、こうした抵抗発熱体３２０として、炭素質材料を用いることが好ましいことは、高温領域でその体積抵抗率が高くなることがないため、抵抗発熱体３２０の昇温に伴って印加電圧を高くしなくても発熱量が低下することがなく、また、この抵抗発熱体３２０は、セラミック基板３１の内部に設けられているため、空気と直接接触することがなく、酸化されて抵抗値が変化したり、消失したりすることがないからである。従って、このような抵抗発熱体３２０が内部に形成されたヒータ付き静電チャック３０は、高温領域で好適に使用することができる。
また、図４（ｂ）に示したように、ヒータ付き静電チャック３０は、通常、平面視円形状に形成されており、セラミック基板３１の内部に半円弧状部３２ａと櫛歯部３２ｂとからなるチャック正極静電層３２と、同じく半円弧状部３３ａと櫛歯部３３ｂとからなるチャック負極静電層３３とが、互いに櫛歯部３２ｂ、３３ｂを交差するように対向して配置されている。
チャック正負極静電層３２、３３は、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケル等の金属、または、タングステン、モリブデンの炭化物等の導電性セラミックからなるものであることが好ましい。また、これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
セラミック基板３１の材料としては、上述したセラミックヒータ１０のセラミック基板１１と同様のものを用いることができる。
また、このヒータ付き静電チャック３０のセラミック基板３１の底面では、上記袋孔に挿入され、スルーホールと接続した外部端子がソケットを介して導電線と接続されている。さらに、上述したセラミックヒータ１０の場合と同様に、これら外部端子、ソケットおよび導電線等が、反応性ガスやハロゲンガスと直接接触することがないような対策が施され、図３に示したような支持容器に配設された状態で使用されることが望ましい。
このようなヒータ付き静電チャック３０を作動させる場合には、抵抗発熱体３２０および静電電極３２、３３に、それぞれ電圧Ｖ_１、Ｖ_２を印加する。これにより、ヒータ付き静電チャック３０上に載置された半導体ウエハ３９が所定温度に加熱されるとともに、静電的にセラミック基板３１に吸着されることになる。
図５は、セラミック基板に形成された他のヒータ付き静電チャックの静電電極を模式的に示した水平断面図である。図５に示したヒータ付き静電チャック７０は、セラミック基板７１の内部に半円形状のチャック正極静電層７２とチャック負極静電層７３とが形成されている。図６は、さらに他のヒータ付き静電チャックにおける静電電極を模式的に示した水平断面図である。このヒータ付き静電チャック８０では、セラミック基板８１の内部に円を４分割した形状のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂとチャック負極静電層８３ａ、８３ｂが形成されている。この場合、２枚のチャック正極静電層８２ａ、８２ｂおよび２枚のチャック負極静電層８３ａ、８３ｂは、それぞれ交差するように対角線上に配置されている。
なお、円形等の電極が分割された形態の電極を形成する場合、その分割数には特に限定はないが、５分割以上であってもよく、その形状も扇形に限定されない。
次に、本発明のセラミックヒータの製造方法について説明する。
図７（ａ）〜（ｇ）は、本発明のセラミックヒータの製造方法の一部を模式的に示す断面図である。
なお、図７（ｂ）、（ｇ）には、抵抗発熱体１２の拡大断面図を示したが、それ以外の抵抗発熱体１２の断面については、焼結助剤塗布層２４０または焼結助剤含有層２４の記載を省略した。
（１）抵抗発熱体の作製工程
まず、上述した炭素質材料からなるカーボンブロックを、その厚さが５０〜５０００μｍとなるように切断することで、カーボンシート４２を作製する（図７（ａ））。
次に、作製したカーボンシート４２に、ルータ加工等を施すことで、例えば、図１に示したようなパターンの抵抗発熱体１２を作製する。なお、この抵抗発熱体１２としては、タングステンカーバイドやモリブデンカーバイドなどの導電性セラミックとバインダとを混合したペーストをドクターブレード法にてシート状に成形してグリーンシートとし、ルータ加工等を施すことにより、抵抗発熱体１２を作製してもよい。
前記抵抗発熱体１２の表面に、上述した焼結助剤の溶液を塗布した後、表面に焼結助剤を浸透させてコーティングし、焼結助剤塗布層２４０を形成する（図７（ｂ））。
（２）グリーンシートの作製工程
次に、セラミック粉末およびイットリアをバインダ、溶剤等と共に混合し、ドライスプレー処理することにより顆粒を作製し、この顆粒を金型等に充填して成形することにより、板状体からなる生成形体を作製する。この生成形体中には、イットリアが０．１〜１０重量％程度含まれていることが望ましく、結晶質や非晶質のカーボンが含有されていることが好ましい。そして、この生成形体中には、上記イットリアのほかに、例えば、ＣａＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ_３等が含まれていてもよい。これらの化合物も焼結助剤として好適に働くからである。
バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。溶媒としては、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
この生成形体に、抵抗発熱体の端部と外部端子とを接続するためのスルーホールとなる有底孔を設け、該有底孔に導体ペーストを充填して導体ペースト層４３０を形成することで、生成形体基被４１を作製する。有底孔には、炭素粉末やその成形体を充填してもよい。この板状生成形体４１の厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい。
上記導体ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子を含有させる。上記金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒子等の平均粒径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。なお、上記導電性セラミック粒子としては、タングステンやモリブデンの炭化物等が用いることができる。
このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合した組成物（ペースト）が好適である。
（３）グリーンシート上に抵抗発熱体を積層する工程
次に、スルーホールとなる導体ペースト層４３０を形成した生成形体基板４１上に所定のパターンに形成した抵抗発熱体１２を載置する（図７（ｃ））。
このとき、抵抗発熱体１２の端部と、スルーホールとなる充填層４３０の上面とが接触するように抵抗発熱体１２を生成形体基板４１上に載置する必要がある。それは、後で形成するスルーホールに外部端子を接続し、この外部端子とスルーホールとを介して、抵抗発熱体１２を外部電源と接続するためである。
ここで、抵抗発熱体１２には、トリミング処理を施すことが望ましい。この処理により抵抗発熱体１２の抵抗値（抵抗率）を精密に制御することができ、製造するセラミックヒータの加熱面の温度を均一にすることができるからである。生成形体基板４１を焼成することにより、セラミック基板とした後、この基板上に抵抗発熱体１２を載置してもよい。
また、上記トリミング処理は、例えば、レーザ光またはブラストにより行うことができる。いずれの方法であっても、抵抗発熱体１２を正確にトリミングすることができ、抵抗発熱体１２の抵抗値（抵抗率）の正確な制御が可能である。トリミングを行う際には、一定の距離毎に、抵抗の測定端子を抵抗発熱体となる炭素に接触させてその抵抗値を測定し、測定結果に基づいてトリミングを行うことが望ましい。トリミングの際には、エキシマレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等を用いることができる。
（４）セラミックペーストの印刷工程
次に、抵抗発熱体１２を載置した生成形体基板４１の上に、セラミックペーストをスクリーン印刷法等により印刷し、抵抗発熱体１２を覆い隠すセラミックペースト層４１′を形成して積層体を作製する（図７（ｄ））。
上記セラミックペーストとしては、上述した生成形体基板４１を作製する際に使用したペースト同じ組成のペーストを用いることができる。
また、セラミックペースト層４１′は、生成形体基板４１上に上記セラミックペーストを複数回繰り返し印刷して積層形成することが望ましい。作製する積層体の厚さを正確に制御するとともに、抵抗発熱体１２とセラミックペースト層４１′との間に隙間が発生することを防止するためである。
この場合、先に生成形体基板４１上に印刷したセラミックペースト層を乾燥した後、再度、上記セラミックペースト層上に上記セラミックペーストを印刷することで所定の厚さのセラミックペースト層４１′を形成することが好ましい。
また、上記セラミックペーストの積層体に、半導体ウエハ等の被処理物を運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分４５、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分（図示せず）、および、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分４４を形成する。なお、これらは上記積層体を焼成してセラミック基板を製造した後に形成してもよい。
（５）セラミック積層体の焼成工程
次に、上記積層体の加熱を行い、生成形体基板４１、セラミックペースト層４１′および導体ペースト層４３０を焼結させ、所定形状に加工することで、その内部に抵抗発熱体１２およびスルーホール１３０が形成されたセラミック基板１１を製造する（図７（ｅ））。
ここで、生成形体基板４１およびセラミックペースト層４１′は、その組成が同じものであるため、焼成して得られるセラミック基板１１では、これらが一体化されている。上記セラミック積層体の焼成は、セラミック粉末の焼成温度以上であればよいが、例えば、上記セラミック粉末が窒化アルミニウムである場合、加熱温度は、１０００〜２５００℃が好ましい。
次に、セラミック基板１１の底面に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理等を行うことにより袋孔１９０形成して、スルーホール１３０を外部に露出させる（図７（ｆ））。
（６）端子等の取り付け
次に、セラミック基板１１の底面に形成した袋孔１９０に、半田やろう材を介して外部端子１３を挿入し、加熱してリフローすることにより、外部端子１３をスルーホール１３０に接続する（図７（ｇ））。
上記加熱温度は、半田処理の場合には９０〜４５０℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、９００〜１１００℃が好適である。
次に、この外部端子１３にソケット１９を介して電源に接続される導電線１８に接続する（図３参照）。
さらに、測温素子としての熱電対等を有底孔１４内に挿入し、耐熱性樹脂等で封止することで、本発明のセラミックヒータを製造する。
本発明のセラミックヒータは、図７（ｇ）に示すように、セラミック基板１１の内部に形成されている抵抗発熱体１２の外周部に、焼結助剤含有層２４が形成されているため、該抵抗発熱体１２とセラミック基板１１とが気孔などを含まない連続して一体化したものとなり、抵抗発熱体の表面の熱を迅速にセラミック基板の加熱面に伝達することができる。そのため、抵抗発熱体の温度とセラミック基板の加熱面の昇温速度をほぼ同一にすることが可能となる。
このセラミックヒータでは、セラミック基板上にシリコンウエハ等の半導体ウエハを載置するか、または、シリコンウエハ等をリフターピンや支持ピン等で保持させた後、シリコンウエハ等の加熱や冷却を行いながら、洗浄等の操作を行うことができる。
上記セラミックヒータを製造する際に、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チャックを製造することができる。ただし、この場合は、静電電極と外部端子とを接続するためのスルーホールを形成する必要があるが、支持ピンを挿入するための貫通孔を形成する必要はない。
セラミック基板の内部に電極を設ける場合には、グリーンシート４１上に印刷したセラミックペースト層の上方に静電電極となる導体ペースト層を形成し、この導体ペースト層上に、さらにセラミックペースト層を印刷すればよい。
上記導体ペースト層には、上述したスルーホール１３０となる導体ペースト層４３０を形成する際に使用した導体ペーストを用いることができる。
次に、図８（ａ）〜（ｆ）は、本発明にかかるセラミックヒータの他の製造方法の一部を模式的に示す断面図である。なお、図８（ｂ）、（ｆ）には、抵抗発熱体１２の拡大断面図を記載しており、上記以外の抵抗発熱体１２の断面については、焼結助剤塗布層２４０または焼結助剤含有層２４の記載を省略した。
（１）抵抗発熱体の作製工程
まず、上述した炭素質材料からなるカーボンブロックを、その厚さが０．１〜１ｍｍとなるように切断することで、カーボンシート５２を作製する（図８（ａ））。そして、作製したカーボンシート５２に、ルータ加工等を施すことで、図１に示したようなパターンの抵抗発熱体１２を作製する。
なお、タングステンカーバイドやモリブデンカーバイドとバインダとを混合したペーストをドクターブレード法にてシート状に成形してグリーンシートとし、ルータ加工等を施すことにより、抵抗発熱体１２を作製してもよい。
さらに、抵抗発熱体１２の表面に、上述した焼結助剤の溶液を塗布した後、表面に焼結助剤を浸透させてコーティングし、焼結助剤塗布層２４０を形成する（図８（ｂ））。
（２）グリーンシートの作製工程
次に、セラミック粉末およびイットリアをバインダ、溶剤等と共に混合してペーストを調製し、このペーストを用いてグリーンシートを作製する。このグリーンシート中にはイットリアが０．１〜１０重量％程度含まれていることが望ましく、また、上記グリーンシートには結晶質や非晶質のカーボンを添加してもよい。さらに、このグリーンシート中には、上記イットリアのほかに、例えば、ＣａＯ、Ｎａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ_３等が含まれていてもよい。これらの化合物も焼結助剤として好適に働くからである。
前記バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
さらに溶媒としては、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種が望ましい。
これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法等でシート状に成形してグリーンシート５０を作製する。グリーンシート５０の厚さは、０．１〜５ｍｍが好ましい。
次に、このグリーンシート５０に抵抗発熱体の端部と外部端子とを接続するためのスルーホールとなる部分、半導体ウエハ等の被処理物を運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分５５、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分（図示せず）、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分５４を形成する。なお、このような貫通孔や有底孔は、後述するグリーンシート積層体を形成した後、または、上記積層体を形成し、焼成した後に上記加工を行ってもよい。
そして、上記スルーホールとなる部分に、金属ペーストまたは導電性セラミックペーストを印刷し、導体ペースト層５３０を形成する。これらの導体ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。上記金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒子等の平均粒径は、０．１〜５μｍが好ましい。平均粒径が０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。
なお、上記導電性セラミック粒子としては、タングステンやモリブデンの炭化物等を使用する。このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合した組成物（ペースト）などが使用できる。
（３）グリーンシート上に抵抗発熱体を積層する工程
次に、スルーホールとなる導体ペースト層５３０を形成したグリーンシート５０上に所定のパターンに形成した抵抗発熱体１２を載置する（図８（ｃ））。
このとき、抵抗発熱体１２の端部と、スルーホールとなる導体ペースト層５３０の上面とが接触するように抵抗発熱体１２をグリーンシート５０上に載置する必要がある。それは、後で形成するスルーホールに外部端子を接続し、この外部端子とスルーホールとを介して、抵抗発熱体１２を外部電源と接続するためである。
ここで、抵抗発熱体１２はトリミング処理することが望ましい。抵抗発熱体１２の抵抗値（抵抗率）を精密に制御することができ、製造するセラミックヒータの加熱面の温度を均一にすることができるからである。
上記トリミング処理は、例えば、上述したレーザ光またはブラストにより行うことができる。いずれの方法であっても、抵抗発熱体１２を正確にトリミングすることができ、抵抗発熱体１２の抵抗値（抵抗率）の正確な制御が可能である。
（４）グリーンシートの積層工程
次に、抵抗発熱体１２を載置したグリーンシートの上下に、抵抗発熱体１２を載置していないグリーンシート５０を複数枚積層してグリーンシート積層体を作製する（図８（ｃ））。このとき、抵抗発熱体１２を載置したグリーンシートの上側に積層するグリーンシート５０の数を下側に積層するグリーンシート５０の数よりも多くして、製造するセラミック基板の抵抗発熱体の形成位置を底面側の方向に偏芯させる。具体的には、上側のグリーンシート５０の積層数は２０〜５０枚が、下側のグリーンシート５０の積層数は５〜２０枚程度が好ましい。
（５）グリーンシート積層体の焼成工程
次に、グリーンシート積層体の加熱を行い、グリーンシート５０および内部の導体ペースト層５３０を焼結させ、所定形状に加工することで、その内部に抵抗発熱体１２およびスルーホール１３０が形成されたセラミック基板１１を製造する（図８（ｄ））。
そして、このセラミック基板１１の底面に、ドリル加工やサンドブラストなどのブラスト処理等を行うことにより袋孔１９０形成して、スルーホール１３０を外部に露出させる（図８（ｅ））。
（６）端子等の取り付け
次に、セラミック基板１１の底面に形成した袋孔１９０に、半田やろう材を介して外部端子１３を挿入し、加熱してリフローすることにより、外部端子１３をスルーホール１３０に接続する（図８（ｆ））。上記加熱温度は、半田処理の場合には９０〜４５０℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、９００〜１１００℃が好適である。
次に、この外部端子１３にソケット１９を介して電源に接続される導電線１８に接続する（図３参照）。その後、測温素子としての熱電対等を、形成した有底孔１４に挿入し、耐熱性樹脂等で封止することで、本発明のセラミックヒータを製造する。
本発明のセラミックヒータは、図８（ｆ）に示すように、セラミック基板１１の内部に形成されている抵抗発熱体１２の外周部に、焼結助剤含有層２４が形成されているため、抵抗発熱体１２とセラミック基板１１とが一体化したものとなり、抵抗発熱体の表面の熱をそのままセラミック基板の加熱面に伝達することができる。このため、抵抗発熱体の温度とセラミック基板の加熱面の温度をほぼ同一にすることが可能となる。
このセラミックヒータでは、セラミック基板上にシリコンウエハ等の半導体ウエハを載置するか、または、シリコンウエハ等をリフターピンや支持ピン等で保持させた後、シリコンウエハ等の加熱や冷却を行いながら、洗浄等の操作を行うことができる。
なお、上記方法のほか、スルーホール等を有するセラミック基板を作製しておき、その上にＣＶＤ等により所定パターンのカーボン層を形成し、さらにトリミング等を行うことによりその抵抗値を調整した後、図７に示した方法により、セラミックペーストで抵抗発熱体を覆い、焼成することにより、本発明のセラミックヒータを製造してもよい。
上記セラミックヒータを製造する際に、セラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電チャックを製造することができる。ただし、この場合は、静電電極と外部端子とを接続するためのスルーホールを形成する必要があるが、支持ピンを挿入するための貫通孔を形成する必要はない。
セラミック基板の内部に電極を設ける場合には、グリーンシート５０上に静電電極となる導体ペースト層を印刷、形成すればよい。
上記導体ペースト層としては、上述したスルーホール１３０となる導体ペースト層５３０を形成する際に使用した導体ペースト層を用いることができる。
実施例
（実施例１） セラミックヒータの製造（図１、２および図７参照）
（１）グラファイトとグラッシーカーボンとからなるカーボンブロック（イビデン社製：Ｔ−４／ＥＴ−１０）を厚さ２００μｍに切断してカーボンシート４２を作製し、このカーボンシート４２をルータ加工して、図１に示したような屈曲線と同心円とからなるパターンの抵抗発熱体１２を作製した。
さらに、この抵抗発熱体１２の表面に１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウムの水溶液を塗布して乾燥させた。
（２）次に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストをドライスプレー処理し、この顆粒を金型に充填し、成形を行うことにより、厚さ１．５ｍｍの板状体を作製した。
（３）次に、この板状体にスルーホールとなる部分に有底孔を形成し、平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペースト層４３０を形成することで、生成形体基板４１を作製した。
（４）次に、生成形体基板４１上に、上記（１）の工程で作製した抵抗発熱体１２を、その端部とスルーホールとなる導体ペースト層４３０とが接触するように載置した。
この抵抗発熱体１２に、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気社製Ｓ１４３ＡＬ 出力５Ｗ、パルス周波数 ０．１〜４０ｋＨｚ）を用いてレーザトリミングを施し、その抵抗値（抵抗率）制御した。この際、抵抗発熱体を２０箇所に分けてその抵抗値を測定し、測定結果に基づいて、トリミング処理を行った。その結果、抵抗発熱体１２の抵抗値のばらつきは、５％以内となった。
（５）次に、上記トリミング処理の終わった抵抗発熱体１２を載置した生成形体基板４１の上に、上記（２）の工程で使用したペーストをスクリーン印刷法で印刷し、厚さが１．５ｍｍのセラミックペースト層４１′を形成し、積層体を作製した。
続いて、上記積層体に、シリコンウエハを運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分４５、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分（図示せず）、および、熱電対を埋め込むための有底孔となる部分４４を形成した。
（６）次に、上記積層体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、直径２１０ｍｍに切り出すことで、厚さがほぼ３ｍｍで、その内部に抵抗発熱体１２およびスルーホール１３０が形成されるとともに、貫通孔１５および有底孔１４が形成された窒化アルミニウム基板を得た。
（７）次に、（６）で得られた窒化アルミニウム基板の底面で、スルーホール１３０が形成されている部分をえぐりとって袋孔１９０を形成した。
（８）次に、袋孔１９０に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３０重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用いて、外部端子１３を取り付けた。そして、外部端子１３にソケット１９を介して導電線１８を接続した。
（９）そして、温度制御のための熱電対を有底孔１４に挿入し、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させることで、その内部に抵抗発熱体およびスルーホールが設けられた、セラミックヒータ１０を製造した。
なお、図２には、抵抗発熱体１２の拡大断面図を記載している。この図からわかるように、抵抗発熱体１２の外周部には、焼結助剤含有層２４が形成されている。また、図３、図４（ａ）、図７（ｂ）、（ｇ）、図８（ｂ）、（ｆ）についても、抵抗発熱体の拡大断面図を記載しており、これらの場合も同様に、抵抗発熱体の外周部に焼結助剤塗布層または焼結助剤含有層が形成されている。
（実施例２）セラミックヒータの製造（図１、２および図８参照）
（１）グラファイトとグラッシーカーボンとからなるカーボンブロック（イビデン社製：Ｔ−４／ＥＴ−１０）を厚さ０．６ｍｍに切断してカーボンシート５２を作製し、このカーボンシート５２をルータ加工して、図１に示したような屈曲線と同心円とからなるパターンの抵抗発熱体１２を作製した。
さらに、この抵抗発熱体１２の表面に３ｍｏｌ／ｌの硝酸イッテルビウムの水溶液を塗布して乾燥させた。
（２）次に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ０．４７ｍｍの複数のグリーンシート５０を作製した。
このグリーンシート５０を８０℃で５時間乾燥させた後、パンチングにより外部端子と接続するためのスルーホールとなる部分、シリコンウエハ運搬用のリフターピンを挿通するための貫通孔となる部分５５、および、有底孔となる部分５４を設けた。
（３）次に、グリーンシート５０の上記スルーホールとなる部分に、平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペースト層５３０を形成した。
（４）次に、スルーホールとなる導体ペースト層５３０を形成したグリーンシート５０上に、上記（１）の工程で作製した抵抗発熱体１２を、その端部とスルーホールとなる導体ペースト層５３０とが当接するように載置した。
この抵抗発熱体１２に、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気社製Ｓ１４３ＡＬ 出力５Ｗ、パルス周波数 ０．１〜４０ｋＨｚ）を用いてレーザトリミングを行い、その抵抗値（抵抗率）を制御した。このとき、抵抗発熱体を２０箇所に分けてその抵抗値を測定し、測定結果に基づいて、トリミング処理を行った。その結果、抵抗発熱体１２の抵抗値のばらつきは、５％以内となった。
（５）次に、上記トリミング処理の終わった抵抗発熱体１２を載置したグリーンシート５０の上に、導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を３７枚重ね、その下に、導体ペーストを印刷していないグリーンシート５０を１３枚重ねて、１３０℃、８ＭＰａの圧力で積層し、グリーンシート積層体を作製した。
（６）次に、上記積層体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、直径２１０ｍｍに切り出すことで、厚さが約３ｍｍで、その内部に抵抗発熱体１２およびスルーホール１３０が形成されるとともに、貫通孔１５および有底孔１４が形成された窒化アルミニウム基板を得た。
（７）その後、実施例１の（７）〜（９）と同様にして、窒化アルミニウム基板の底面に袋孔１９０を設け、外部端子１３等を接続することでセラミックヒータ１０を製造した。
（実施例３） 静電チャックの製造（図４参照）
（１）グラファイトとグラッシーカーボンとからなるカーボンブロック（イビデン社製：Ｔ−４／ＥＴ−１０）を厚さ０．６ｍｍに切断してカーボンシートを作製し、このカーボンシートをルータ加工して、図１に示したような屈曲線と同心円とからなるパターンの抵抗発熱体３２０を作製した。
さらに、この抵抗発熱体３２０の表面に硝酸イットリウムの１ｍｏｌ／ｌの水溶液を塗布して乾燥させた。
（２）次に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：イットリア、平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ０．５ｍｍのシート状成形体を作製した。
（３）次に、このシート状成形体を８０℃で５時間乾燥させた後、スルーホール３６、３６０となる部分に有底孔を形成し、平均粒径１μｍのタングステンカーバイド粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペースト層を形成することでグリーンシートを作製した。
（４）次に、上記グリーンシート上に、上記（１）の工程で作製した抵抗発熱体を、その端部とスルーホール３６０となる上記導体ペースト層とが接触するように載置した。
上記抵抗発熱体に、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気社製 Ｓ１４３ＡＬ 出力５Ｗ、パルス周波数 ０．１〜４０ｋＨｚ）を用いてレーザトリミングを施し、その抵抗値（抵抗率）制御した。この際、抵抗発熱体を２０箇所に分けてその抵抗値を測定し、測定結果に基づいて、トリミング処理を行った。その結果、抵抗発熱体１２の抵抗値のばらつきは、５％以内となった。
（５）次に、上記トリミング処理の終わった抵抗発熱体を載置したグリーンシートの上に、上記（２）の工程で使用したペーストをスクリーン印刷法で印刷し、厚さが１．５ｍｍのセラミックペースト層を形成し、積層体を作製した。
この積層体のスルーホール３６となる部分に貫通孔を設け、上記導体ペーストを充填した。
（６）次に、上記スルーホールとなる部分に充填した導体ペーストと同様の組成からなる導体ペーストを用いて、上記積層体の表面に図４（ｂ）に示した静電電極パターンを形成し、この静電電極パターンとスルーホール３６となる部分に形成した導体ペースト層とを接続した。
さらにその上に何の加工もしていない上記グリーンシートと同様の組成の厚さ０．４７ｍｍのグリーンシートを２枚積層し、これらを１３０℃、８ＭＰａの圧力で圧着してグリーンシート積層体を形成した。
（７）次に、得られたグリーンシート積層体を、１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、直径２１０ｍｍに切り出すことで、厚さがほぼ３ｍｍで、その内部に抵抗発熱体、スルーホールおよび静電電極が形成された窒化アルミニウム基板を得た。
また、この窒化アルミニウム基板の内部には、厚さが０．６ｍｍ、幅が２．４ｍｍの抵抗発熱体３２０、および、厚さ６μｍのチャック正極静電層３２、チャック負極静電層３３が形成されていた。
（８）次に、（７）で得られた窒化アルミニウム基板の底面で、スルーホール３６、３６０が形成されている部分をえぐりとって袋孔を形成した。
（９）次に、上記袋孔に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３０重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用いて、外部端子を取り付けた。そして、この外部端子にソケットを介して導電線を接続した。
（１０）そして、温度制御のための熱電対を有底孔に挿入し、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させることで、その内部に静電電極、抵抗発熱体およびスルーホールが設けられ、ヒータ付き静電チャックとして機能するセラミックヒータを製造した。
（実施例４） セラミックヒータの製造
（１）タングステンカーバイド粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ５０μｍのシート状成形体を作製した。そして、このシート状成形体を図１に示したような屈曲線と同心円とからなるパターンに打ち抜き加工し、抵抗発熱体とした。さらに、この抵抗発熱体の表面に硝酸イットリウムの１ｍｏｌ／ｌの水溶液を塗布し、乾燥させた。
（２）次に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストをドライスプレー処理し、この顆粒を金型に充填し、成形を行うことにより、厚さ１．５ｍｍの板状体を作製した。
（３）次に、この板状体にスルーホールとなる部分に有底孔を形成し、平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペースト層４３０を形成することで、生成形体基板４１を作製した。
（４）次に、生成形体基板上に、上記（１）の工程で作製した抵抗発熱体１２を、その端部とスルーホールとなる導体ペースト層とが接触するように載置した。
この抵抗発熱体に、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気社製 Ｓ１４３ＡＬ 出力５Ｗ、パルス周波数 ０．１〜４０ｋＨｚ）を用いてレーザトリミングを施し、その抵抗値（抵抗率）制御した。この際、抵抗発熱体を２０箇所に分けてその抵抗値を測定し、測定結果に基づいて、トリミング処理を行った。その結果、抵抗発熱体の抵抗値のばらつきは、５％以内となった。
（５）次に、上記トリミング処理の終わった抵抗発熱体１２を載置した生成形体基板４１の上に、上記（２）の工程で使用したペーストをスクリーン印刷法で印刷し、厚さが１．５ｍｍのセラミックペースト層を形成し、積層体を作製した。
続いて、上記積層体に、シリコンウエハを運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分４５、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分（図示せず）、および、熱電対を埋め込むための有底孔となる部分４４を形成した。
（６）次に、上記積層体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、直径２１０ｍｍに切り出すことで、厚さがほぼ３ｍｍで、その内部に抵抗発熱体１２およびスルーホール１３０が形成されるとともに、貫通孔１５および有底孔１４が形成された窒化アルミニウム基板を得た。
（７）次に、（６）で得られた窒化アルミニウム基板の底面で、スルーホール１３０が形成されている部分をえぐりとって袋孔１９０を形成した。
（８）次に、袋孔１９０に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３０重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用いて、外部端子１３を取り付けた。そして、外部端子１３にソケット１９を介して導電線１８を接続した。
（９）そして、温度制御のための熱電対を有底孔１４に挿入し、ポリイミド樹脂を充填し、１９０℃で２時間硬化させることで、その内部に抵抗発熱体およびスルーホールが設けられた、セラミックヒータ１０を製造した。
（実施例５）セラミックヒータの製造
（１）モリブデンカーバイド粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ５０μｍのシート状成形体を作製した。そして、このシート状成形体を図１に示したようなパターンに打ち抜き加工した。
さらに、この抵抗発熱体の表面に硝酸イットリウムの１ｍｏｌ／ｌの水溶液を塗布して乾燥させた以外は、実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造した。
（実施例６）プラズマ発生電極付セラミックヒータの製造
（１）モリブデンカーバイド粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ５０μｍのシート状成形体を作製した。そして、このシート状成形体を図１に示したような屈曲線と同心円とからなるパターンに打ち抜き加工し、抵抗発熱体とした。（図９（ａ）（ｂ））
（２）次に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストをドライスプレー処理し、この顆粒を金型に充填し、成形を行うことにより、厚さ１．５ｍｍの板状体を作製した
（３）次に、この板状体にスルーホールとなる部分に有底孔を形成し、平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペースト層４３０を形成することで、生成形体基板４１を作製した。
（４）次に、生成形体基板上に、上記（１）の工程で作製した抵抗発熱体１２を、その端部とスルーホールとなる導体ペースト層とが接触するように載置した。（図９（ｃ））。
この抵抗発熱体に、波長が１０６０ｎｍのＹＡＧレーザ（日本電気社製 Ｓ１４３ＡＬ 出力５Ｗ、パルス周波数 ０．１〜４０ｋＨｚ）を用いてレーザトリミングを施し、その抵抗値（抵抗率）制御した。この際、抵抗発熱体を２０箇所に分けてその抵抗値を測定し、測定結果に基づいて、トリミング処理を行った。その結果、抵抗発熱体の抵抗値のばらつきは、５％以内となった。この抵抗発熱に硝酸イットリウムの１ｍｏｌ／ｌの水溶液を塗布した。
（５）次に、上記トリミング処理の終わった抵抗発熱体１２を載置した生成形体基板４１の上に、上記（２）の工程で使用したペーストをスクリーン印刷法で印刷し、厚さが１．５ｍｍのセラミックペースト層を形成し、積層体を作製した。（図９（ｄ））。
この積層体に、スルーホール（給電端子用パッド）用の開口を設けた。さらにこの上に平均粒径１μｍのタングステン粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを印刷し、その上にさらに上記（２）の工程で使用したペーストをスクリーン印刷法で印刷し、高周波電極５００とこの高周波電極に電力を供給する端子が接続するスルーホール（パッド）１３０を充填形成した。この高周波電極５００の上に厚さが１．５ｍｍのセラミックペースト層を形成し、積層体を作成した。
続いて、上記積層体に、シリコンウエハを運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分４５、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分（図示せず）、および、熱電対を埋め込むための有底孔となる部分４４を形成した（図９（ｅ））。
（６）次に、上記積層体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、直径２１０ｍｍに切り出すことで、厚さがほぼ３ｍｍで、その内部に抵抗発熱体１２、高周波電極５００およびスルーホール１３０が形成されるとともに、貫通孔１５および有底孔１４が形成された窒化アルミニウム基板を得た。
（７）次に、（６）で得られた窒化アルミニウム基板の底面で、スルーホール１３０が形成されている部分をえぐりとって袋孔１９０を形成した（図９（ｆ））。
（８）次に、窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストをドライスプレー処理し、このイットリア添加しないＡＬＮ顆粒を金型に充填し、成形を行うことにより、内径５ｍｍ、直径６ｍｍのＡＬＮ円筒を成形し、１８００度で常圧で焼結して保護管７００とした。
（９）次に、袋孔１９０に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３０重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用いて、外部端子１３を取り付けた。そして、外部端子１３には、内部にメスねじが形成され、そのメスねじに給電棒を接続した。
（１０）保護管７００をセラミック基板に接触させ、１８５０度で１時間焼成し、保護管とセラミック基板を接合した。（図９（ｇ））。
９）そして、温度制御のためのシース熱電対を有底孔１４に挿入し、その内部に抵抗発熱体およびスルーホール（パッド）、高周波電極が設けられた、セラミックヒータ１０を製造した。
（比較例１）セラミックヒータの製造
実施例１の（１）の工程で、抵抗発熱体１２の表面に硝酸イットリウム水溶液を塗布しなかったこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックヒータを製造した。
（比較例２）セラミックヒータの製造
実施例１の（１）の工程で、カーボンシートを加工して作製した抵抗発熱体に代えて、直径０．５ｍｍのタングステン製の発熱線を抵抗発熱体として使用した以外は、実施例１と同様にして、セラミックヒータを製造した。
（比較例３）セラミックヒータの製造
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径１．１μｍ）１００重量部、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３：平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストをドライスプレー処理し、この顆粒を金型に充填し、成形を行うことにより、厚さ１．５ｍｍの板状体を作製した。
（２）次に、この板状体にスルーホールとなる部分に有底孔を形成し、平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストを充填して導体ペースト層を形成することで、生成形体基板を作製した。
（３）次に、図１に示した抵抗発熱体と同様のパターンの開口を有する窒化アルミニウム製の板状体を生成形体基板上に載置し、メタンガスを１８００℃、４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ）の条件で熱分解することにより、生成形体基板の表面に熱分解性カーボン層を形成した後、窒化アルミニウム製の板状体を取り去ることで生成形体基板上に屈曲線と同心円とからなるパターンの抵抗発熱体を形成した。
（４）次に、生成形体基板の上に、厚さが１．５ｍｍのセラミックペースト層を形成し、積層体を作製した。
続いて、上記積層体に、シリコンウエハを運搬するためのリフターピンを挿入する貫通孔となる部分、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分（図示せず）、および、熱電対を埋め込むための有底孔となる部分を形成した。
（５）次に、上記積層体を１８００℃、圧力：２０ＭＰａでホットプレスし、直径２１０ｍｍに切り出すことで、厚さがほぼ３ｍｍで、その内部にメタンガスの熱分解により形成されるグラファイトからなる抵抗発熱体およびスルーホールが形成されるとともに、貫通孔および有底孔が形成された窒化アルミニウム基板を得た。
（６）次に、（５）で得られた窒化アルミニウム基板の底面で、スルーホールが形成されている部分をえぐりとって袋孔を形成した。
（７）次に、袋孔に、銀ろう（Ａｇ：４０重量％、Ｃｕ：３０重量％、Ｚｎ：２８重量％、Ｎｉ：１．８重量％、残部：その他の元素、リフロー温度：８００℃）を用いて、外部端子を取り付けた。そして、外部端子にソケットを介して導電線を接続した。
（８）そして、温度制御のための熱電対を有底孔に挿入しシリカゾルを充填し、４００℃で２時間硬化させることで、その内部に抵抗発熱体およびスルーホールが設けられた、セラミックヒータを製造した。
（比較例４）
基本的には、実施例４と同様であるが、タングステンカーバイドのグリーンシートを使用する代わりに、平均粒径１μｍのタングステンカーバイト粒子１００重量部、アクリル系バインダ３．０重量部、α−テルピネオール溶媒３．５重量部および分散剤０．３重量部を混合して調製した導体ペーストをスクリーン印刷した。
（比較例５）セラミックヒータの製造
タングステンカーバイド粉末（平均粒径１．１μｍ）１００重量部、アクリル系樹脂バインダ１１．５重量部、分散剤０．５重量部および１−ブタノールとエタノールとからなるアルコール５３重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレード法により成形を行って、厚さ５０μｍのシート状成形体を作製した。そして、このシート状成形体を図１に示したような屈曲線と同心円とからなるパターンに打ち抜き加工し、抵抗発熱体とした。この抵抗発熱体の表面には硝酸イットリウムの１ｍｏｌ／ｌ水溶液を塗布しなかった。この以外は実施例４と同様にしてセラミックヒータを製造した。
以上、実施例１〜６、および、比較例１〜５に係るセラミックヒータについて、抵抗発熱体の２５℃、４００℃における抵抗測定値、および、セラミックヒータを３０秒間で２５℃から４００℃まで昇温した場合のクラック発生の有無を調査した。これらの結果を表１に示す。
【表１】

図１４は、タングステンカーバイドからなる抵抗発熱体の電子顕微鏡写真である。また、図中の「＋Ａ」、「＋Ｂ」は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＰＭＡ）による測定を行ったポイントである。ＡではＹは検出されなかったが、Ｂでは、Ｙが検出された。抵抗発熱体とセラミックとの結合をイットリアが促進しているものと推定される。
図１５は、実施例４におけるヒータを、また、図１６は比較例５におけるヒータをそれぞれ４５０度に定常設定した場合の加熱面温度分布を示すサーモビュア写真である。実施例４のヒータのほうが、加熱面温度差が小さい。
また、実施例１、４および比較例１、５に係るセラミックヒータについて、セラミックヒータに電力投入した後の抵抗発熱体およびセラミック基板の加熱面の昇温状態を図１０から１３に示す。また、なお、図中の加熱面とは、セラミック基板の加熱面を意味する。
加熱面の昇温状態は、サーモビュア（日本データム社製 ＩＲ−１６２０１２−００１２）を用いた。また、抵抗発熱体の温度は、セラミック基板に座繰り加工で直径５ｍｍの開口を形成し、ここに絶縁保護管を持つシース熱電対を挿入することで測定した。また、抵抗発熱体の厚さらつきは、セラミック基板の中心を通る線分を４本の線分によりセラミックをヒータを切断し、その切断面に現れる各抵抗体の厚みを測定し、その厚みを平均したものを平均厚みとし、切断面に現れる抵抗発熱体の厚さの最大値と最小値の差を平均厚みで除したものを％表記してばらつきとして定義した。
発熱体の抵抗値は、実施例と同一の製法で製造された発熱体の１０ｍｍ間の抵抗値をテスタで測定した。
図１０、１１では、実施例１と比較例１の抵抗発熱体を用いたセラミックヒータについて開示する。これらのセラミックヒータでは、抵抗発熱体とセラミック基板の加熱面との間で昇温時間の差が小さいことがわかる。
実施例１では、抵抗発熱体とセラミック加熱面との温度差がほとんどなく、高速昇温でも加熱面の温度制御性に優れていることが理解できる。
これに対して比較例１では、高温領域で抵抗発熱体と加熱面温度との差が大きくなってしまい、追従性に劣る。これはおそらく抵抗発熱体とセラミック基板のマトリックスとの界面に存在する微小気孔の存在のためではないかと思われる。
図１２，１３では、実施例４と比較例５の抵抗発熱体を用いたセラミックヒータについて開示する。
実施例４では、抵抗発熱体とセラミック加熱面との温度差がほとんどなく、高速昇温でも加熱面の温度制御性に優れていることが理解できる。
一方、比較例５では、高温領域で抵抗発熱体と加熱面温度との差が大きくなってしまい、追従性に劣る。これはおそらく抵抗発熱体とセラミックとの界面に存在する微小気孔の存在のためではないかと思われる。
実施例１から６では、定常温度（４５０度）に到達するまでの時間が、２００秒以下であるが、比較例１，５では２００秒を超えてしまう。
実施例１と４の比較から、高温での挙動は、カーボン発熱体の方が炭化物セラミックの焼結体より優れている。
また、抵抗発熱体の厚さのばらつきが１０％以下であっても、実施例の方が加熱面温度ばらつきが小さい。このことは、実施例４と比較例５の対比から理解できる。実施例４、比較例５とも厚さばらつきが６％であるが、実施例４のほうが加熱面温度差が小さい。この理由は、比較例５の場合、抵抗発熱体とセラミックとの間の微小気孔の存在密度が高い部分と低い部分が存在するからではないかと考えられる。
このように、タングステンカーバイドまたはモリブデンカーバイドからなる抵抗発熱体を用いたセラミックヒータでは、高温領域で抵抗値が上昇してしまうため、昇温に時間がかかるが、抵抗発熱体とセラミック基板の加熱面との間で昇温時間の差が小さいことがわかる。
さらに、比較例３に係るセラミックヒータでは抵抗発熱体とセラミック基板の加熱面との間で昇温時間の差が大きく、定常状態までの時間が長くなってしまう。
また、比較例２に係るセラミックヒータでは、タングステン製の発熱線を使用しているため、セラミック基板の加熱面の温度上昇に時間がかかってしまう。
比較例４では、スクリーン印刷によりタングステンカーバイドからなる抵抗発熱体を形成しており、厚さばらつきが大きくなるため、加熱面の温度差が大きくなってしまう。
実施例１から６では、高速昇温（３０秒で４００℃）ではクラックが発生しないが、比較例１から５ではクラックは発生する。抵抗発熱体の昇温プロフィールは同じであるから、比較例では、セラミックが抵抗発熱体の昇温プロフィールと大きくずれてしまい、抵抗発熱体の熱膨張がセラミックのそれより大きくなり、セラミックにクラックが発生してしまうと考えられる。
以上の説明ならびに実施例の結果からわかるように、本発明のセラミックヒータは、その内部に形成された抵抗発熱体が導電性セラミックからなるとともに、その抵抗発熱体の少なくとも表面には焼結助剤含有層が存在するため、抵抗発熱体の温度上昇にセラミック基板の加熱面の温度が追従して、両者の昇温時間のずれが少ない。また、急速な昇温を行う場合であってもクラックが生じない。さらに、導電性セラミックとして炭素質材料を使用することで、高温領域で抵抗発熱体の体積抵抗率が高くなることがなく、発熱量を十分に確保することができる。さらに、定常状態における加熱面の温度均一性にも優れる。
焼結助剤の層の厚さであるが、実施例１では、抵抗発熱体の厚さが焼結後で１８０μｍ、焼結助剤の層が５５μｍ、実施例２では、抵抗発熱体の厚さが焼結後で５４０μｍ、焼結助剤の層が１６２μｍ、実施例３では、抵抗発熱体の厚さが焼結後で５４０μｍ、焼結助剤の層が１９０μｍ、実施例４では、抵抗発熱体の厚さが焼結後で２０μｍ、焼結助剤の層が１μｍ、実施例５では、抵抗発熱体の厚さが焼結後で２０μｍ、焼結助剤の層が２μｍ、実施例６では、抵抗発熱体の厚さが焼結後で２０μｍ、焼結助剤の層が３μｍである。焼結助剤の層は、発熱体の厚さの５％から３５％程度と考えられるが、本発明の効果は、発熱体の厚さが０．１〜４０％の範囲で発現すると予想される。
産業上の利用可能性
本発明のセラミックヒータは、レジストの乾燥装置、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、スパッタリング装置、ウエハプローバなど各種の半導体製造層・検査装置に使用することができる。また、光学装置の分野に使用することも可能である。この光学装置の分野への適用に当っては、セラミック基板の加熱面に、石英などの導波路を形成して用いることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示す平面図である。
図２は、図１に示したセラミックヒータの部分拡大断面図である。
図３は、図１に示したセラミックヒータを支持容器に配設した状態を模式的に示した断面図である。
図４（ａ）は、本発明のセラミックヒータの一例である静電チャックを模式的に示す縦断面図であり、図４（ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
図５は、セラミック基板に埋設されている静電電極の別の一例を模式的に示す水平断面図である。
図６は、セラミック基板に埋設されている静電電極の更に別の一例を模式的に示す水平断面図である。
図７（ａ）〜図７（ｇ）は、本発明のセラミックヒータの製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
図８（ａ）〜図８（ｆ）は、本発明のセラミックヒータの別の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
図９（ａ）〜図９（ｇ）は、本発明におけるプラズマ発生電極付ヒータの製造工程図である。
図１０は、実施例１に係るセラミックヒータの抵抗発熱体およびセラミック基板の加熱面における昇温プロフィールを示すグラフである。
図１１は、比較例１に係るセラミックヒータの抵抗発熱体およびセラミック基板の加熱面における昇温プロフィールを示すグラフである。
図１２は、実施例４に係るセラミックヒータの抵抗発熱体およびセラミック基板の加熱面における昇温プロフィールを示すグラフである。
図１３は、比較例５に係るセラミックヒータの抵抗発熱体およびセラミック基板の加熱面における昇温プロフィールを示すグラフである。
図１４は、抵抗発熱体の電子顕微鏡写真である。
図１５は、実施例４のヒータの加熱面をサーモビュアで観察した写真である。
図１６は、比較例５のヒータの加熱面をサーモビュアで観察した写真である

Claims (7)

1. セラミック基板の内部に抵抗発熱体を有するセラミックヒータであって、この抵抗発熱体が、導電性セラミックからなるとともに、少なくともその表面に焼結助剤含有層が存在していることを特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記導電性セラミックは、炭素質材料、導電性の炭化物セラミックもしくは導電性の窒化物セラミックのいずれかを用いることを特徴とする請求の範囲１に記載セラミックヒータ。
3. 前記焼結助剤は、酸化イットリウムまたは酸化イッテルビウムを用いることを特徴とする請求の範囲１または２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記セラミック基板の内部に、静電電極を設け、ヒータ付き静電チャックとして用いることを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
5. 前記セラミック基板の内部に、さらに高周波電極を設け、プラズマ発生装置として用いることを特徴とする請求の範囲１〜４のいずれか１に記載のセラミックヒータ。
6. 前記抵抗発熱体は、導電性セラミックのグリーンシートを焼結して形成したものからなることを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれかに記載のセラミックヒータ。
7. 前記抵抗発熱体は、それの厚さのばらつきが平均厚さの±１０％以内であることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれかに記載のセラミックヒータ。

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